Granulierte Aktivkohle zur Elimination organischer Spurenstoffe aus kommunalem Abwasser:
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Aachen
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GEWÄSSERSCHUTZ • WASSER • ABWASSER
246
FRANK BENSTOM
GRANULIERTE AKTIVKOHLE ZUR ELIMINATION ORGANISCHER SPURENSTOFFE
AUS KOMMUNALEM ABWASSER
HERAUSGEBER
Professor Dr -Ing J Pinnekamp
INSTITUT FÜR SIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT
DER RHEIN -WESTF TECHN HOCHSCHULE AACHEN
AACHEN 2017
VERTRIEB: GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER SIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT
AN DER RWTH AACHEN EV, 52056 AACHEN
ISBN 978-3-938996-52-2
ULB Darmstadt
Verzeichnisse
Inhaltsverzeichnis
1 Veranlassung und Ziele der Arbeit 1
2 Stand des Wissens 3
2 1 Spurenstoffe in Abläufen kommunaler Kläranlagen 3
211 Arten und Vorkommen von Spurenstoffen 3
212 Wirkung von Spurenstoffen 4
213 Elimination von Spurenstoffen in kommunalen Kläranlagen 5
2 2 Herstellung, Wirkung und Charakterisierung von GAK 8
221 Zur Geschichte der Aktivkohle 8
222 Herstellung von Aktivkohle 10
223 Regenerierung und Reaktivierung von GAK 13
224 Vorgänge am und im GAK-Korn 15
225 Charakterisierung von GAK mittels Kennzahlen 18
2 3 Verfahrenstechnik der GAK-Filtration 22
231 Beschreibung des Adsorptionsgleichgewichts mit Isothermen 22
232 GAK-Filterarten und deren Betrieb 24
233 Dimensionierungsgrößen von GAK-Filtern 27
2 4 Maßstabsverkleinerung von GAK-Filtern 31
241 Prinzip und Anwendungsgrenzen von Schnellfiltertests 31
242 Dimensionierung nach CD-Modell 34
243 Dimensionierung nach PD-Modell 38
244 Schnellfiltertests: Stand der Forschung 39
2 5 Spezielle analytische Methoden zur Charakterisierung des DOC 43
251 Adsorptionsanalyse 43
252 LC-OCD 45
3 Material und Methoden 49
3 1 Untersuchungsstandorte 49
311 Kläranlage Düren-Merken 49
312 Kläranlage Köln-Rodenkirchen 51
313 Kläranlage Köln-Stammheim 53
314 Weitere untersuchte Wassermatrizes 53
3 2 Auswahl der untersuchten Spurenstoffe und gewählte Grenzkriterien 54
3 3 Untersuchte GAK 56
3 4 Analytik 58
341 LC-OCD 58
342 Adsorptionsanalyse 59
II
Verzeichnisse
343 Konventionelle Abwasserparameter und Spurenstoffe 60
3 5 Eigene Untersuchungen im labortechnischen Maßstab (Schnellfiltertests) 61
351 Vorbereitung der GAK 61
352 Dimensionierung der Schnellfilter 63
353 Betrieb der Schnellfilter und Probenahmen 64
3 6 Eigene Untersuchungen im halbtechnischen Maßstab 66
361 Kläranlage Düren 66
362 Kläranlage Köln-Rodenkirchen 67
363 Technikum des Instituts für Siedlungswasserwirtschaft 68
3 7 Eigene Untersuchungen im großtechnischen Maßstab 70
3 8 Auswertung der Analysendaten und Ermittlung der Durchbruchskurven 71
381 Bestimmungsgrenze 71
382 Kompensation des Spülfehlers beim großtechnischen Maßstab 72
383 Iteration von Durchbruchskurven 73
384 Berechnung der Parallelschaltung von GAK-Filtern 74
4 Ergebnisse und Diskussion 77
4 1 Charakterisierung des DOC von drei ausgewählten Kläranlagen 77
411 Charakterisierung mittels LC-OCD 77
412 Charakterisierung mittels Adsorptionsanalyse 82
413 Eignung von Kläranlagenabläufen zur Spurenstoffelimination mittels GAK 85
4 2 Charakterisierung und Auswahl von GAK 87
421 Verwendete Abwassermatrizes für Schnellfiltertests nach CD und PD-Modell 87
422 Schnellfiltertest nach CD-Modell 89
423 Schnellfiltertest nach PD-Modell und Vergleich mit CD-Modell 92
424 Vergleich mit GAK-Kennzahlen 94
4 3 Verluste von GAK beim Lieferanten und Anwender 101
431 Verluste beim GAK-Anwender 101
432 Verluste beim GAK-Lieferanten 105
433 Bewertung der Verluste 106
4 4 Prognose und Bewertung der erzielten Eliminationen 106
441 Eignung von Schnellfiltertests zur Prognose von Durchbruchskurven 106
442 Auswahl geeigneter Ausgleichsfunktionen 109
443 Einfluss der Feststoffe und Spülhäufigkeit auf die Durchbruchskurven 112
444 Einfluss der Kontaktzeit und Parallelschaltung auf die Bettvolumina 116
5 Empfehlungen zur GAK-Filtration von Abläufen kommunaler Kläranlagen 126
5 1 Auswahl geeigneter GAK 126
5 2 Umrüstung bestehender (Flockungs-)Filter 126
Verzeichnisse
5 3 Ein- und Ausbau von GAK 128
5 4 Planung und Durchführung von Probenahmen und Messungen 130
5 5 Bewertung von Messergebnissen 132
6 Zusammenfassung und Ausblick 134
7 Literaturverzeichnis 137
Anhang
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